CN114189171B - 火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置及方法 - Google Patents

Abstract

火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置及方法，其直流电源模块的正极依次串接有第一主电路二极管、第一开关、第二主电路二极管、第二开关...、第n主电路二极管和第n开关；第一开关、第二开关、...和第n开关同时闭合或同时断开；第i开关的输出端连接第i火花放电合成射流作动器的放电正极，各放电负极均连接到限流电阻的输入端，限流电阻的输出端与直流电源模块的负极连接；各放电正极和放电负极之间均连接有一个储能电容；各点火电极、放电负极之间均分别连接有对应的脉冲信号电路，由各脉冲信号电路产生脉冲信号驱动各火花放电合成射流作动器工作。本发明结构紧凑、体积重量小，能够产生多路火花放电合成射流。

Description

火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置及方法

技术领域

本发明涉及空气动力学、流体力学主动流动控制、气体放电技术领域，具体涉及一种火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置及方法。

背景技术

本世纪初随着X-43A等飞行器的试飞成功，高超声速飞行器的研究进入快速发展阶段，作为高超声速飞行器技术突破的关键环节，新型流动控制技术特别是高速主动流动控制技术的研究与探索具有重要意义。包括零质量、非零质量射流在内的射流式激励器和以直流辉光放电为代表的等离子体式激励器是出现较早且研究最为活跃的两类高速主动流动控制激励器，火花放电合成射流作动器正是在这两类激励器基础上出现的交叉融合。由于兼具射流式激励器诱导射流速度高、穿透能力强以及等离子体式激励器响应速度快、无活动部件或流体供应装置、激励频带宽的优势，火花放电合成射流作动器在高速流动控制领域展现出良好应用前景。

单个火花放电合成射流作动器控制范围的局限性是制约其应用的关键问题之一。对于介质阻挡放电或直流辉光放电气动激励方式，其放电形态均为“弥散放电”，单个作动器可以在受控流场较大区域内产生等离子体，从而对流场进行大面积的扰动。然而火花放电合成射流作动器的特性有所不同，其脉冲火花电弧放电的形态为“聚合放电”，放电产生的能量沉积较为集中，同时，为了产生速度较高的射流以穿透超声速边界层，其射流出口尺寸不能太大，因此单个作动器的控制区域十分有限，为了获得大尺度的气动激励效果，需要进行作动器阵列技术的研究。

目前，针对火花放电合成射流的研究多数聚焦于单个作动器。例如公开号为102943751的专利申请设计了一种三电极火花放电合成射流作动器，相比于传统作动器具有更强控制力。公开号为104202898的专利申请设计了一种基于高超声速流能量利用的零能耗零质量合成射流装置，可以大大降低单个作动器的能耗。公开号为104168743的专利申请设计了一种基于矢量合成双射流作动器的电子元件及其散热方法，可以扩大单个合成射流的散热面积、提高散热效果。公开号为104682765的专利申请提出了用于多个火花放电合成射流作动器同步放电的装置及方法，但是该方法在直流电源后需要多个升压电路和多个变压器，导致系统复杂、体积重量大，且只能用于两电极火花放电合成射流作动器。公开号为105119517的专利申请提出了多个火花放电合成射流作动器同步放电的高压脉冲电源，但是同样存在电路结构复杂的问题。

综述所述，火花放电合成射流在高速流动控制领域极具应用潜力，但是目前研究集中于单个作动器，多个作动器电路存在结构复杂、体积重量大的问题，限制了作动器阵列的应用。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种电路结构简单、体积重量小、便于实用化的火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一方面，本发明提供了一种火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置，包括直流电源模块、限流电阻、n个开关以及n个火花放电合成射流作动器；

直流电源模块的正极依次串接有第一主电路二极管、第一开关、第二主电路二极管、第二开关...、第n主电路二极管和第n开关；第一开关、第二开关、...、第n开关与开关控制单元连接，由开关控制单元控制其同时闭合或同时断开；

第i开关的输出端连接第i火花放电合成射流作动器的放电正极，各火花放电合成射流作动器的放电负极均连接到限流电阻的输入端，限流电阻的输出端与直流电源模块的负极连接；

各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间均连接有一个储能电容；

各火花放电合成射流作动器的点火电极、放电负极之间均分别连接有对应的脉冲信号电路，由各脉冲信号电路产生脉冲信号驱动各火花放电合成射流作动器工作。

作为本发明的优选实施方案，本发明中的所述各火花放电合成射流作动器为两电极火花放电合成射流作动器或者三电极火花放电合成射流作动器；

当采用两电极火花放电合成射流作动器时，两电极火花放电合成射流作动器的放电正极作为点火电极，即各火花放电合成射流作动器中放电正极和点火电极为同一个电极。

作为本发明的优选实施方案，所述第一开关、第二开关、...、第n开关均为快响应开关，所述开关控制单元为快响应开关控制单元；所述快响应开关控制单元为第一信号发生器，第一信号发生器通过n股信号线分别与n个快响应开关相连，第一信号发生器为多路可调PWM信号发生器，用于产生频率、相位、脉宽和幅值均相同的n路开关控制信号，控制n个快响应开关同时闭合或同时断开。

作为本发明的优选实施方案，所述快响应开关为BEHLKE固态快响应开关，由多个MOSFET串并联构成，可耐受6kV高电压和250A大电流，开关重复频率在5kHz以上，闭合和断开时间均为纳秒级别。

作为本发明的优选实施方案，本发明还包括第二信号发生器，用于产生n路脉冲波控制信号；所述信号发生器有n路输出端，分别连接n路脉冲信号电路，将产生的n路脉冲波控制信号分别输送给n路脉冲信号电路，控制各路脉冲信号电路产生对应的脉冲信号。

作为本发明的优选实施方案，所述脉冲信号电路包括脉冲源和点火电路二极管，第i路脉冲信号电路中的第i脉冲源的正极连接第i点火电路二极管的输入端，第i点火电路二极管的输出端连接第i火花放电合成射流作动器的点火电极，第i脉冲源的负极连接第i火花放电合成射流作动器的放电负极。

作为本发明的优选实施方案，n路脉冲波控制信号之间同相位或异相位，从而使得n个火花放电合成射流作动器产生同步或异步工作的n个火花放电合成射流。

作为本发明的优选实施方案，直流电源模块包括直流电源和直流开关，直流电源与直流开关连接，由直流开关控制直流电源的接通或者断开。

作为本发明的优选实施方案，所述直流电源为输出电压可调线性稳压电源，将220V交流电经整流后输出0-6kV连续可调直流电。

另一方面，对于上述任一种火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置，其放电方法包括：

步骤1，快响应开关控制单元控制n个快响应开关同时闭合；

步骤2，由直流电源模块同时为n个储能电容充电，使得各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间产生较高电势差，但此电势差还不足以使得火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间空气击穿；各储能电容充电过程中，通过限流电阻控制充电电流大小，通过各主电路二极管控制充电电流方向；

步骤3，n个储能电容充电完成后，快响应开关控制单元控制n个快响应开关同时断开。

步骤4，各脉冲信号电路产生脉冲信号驱动各火花放电合成射流作动器的工作，使得对应的各火花放电合成射流作动器的点火电极和放电负极之间产生微弱的火花放电，微弱的火花放电在对应的放电正极和放电负极之间建立等离子体通道；

步骤5，各储能电容中的能量通过等离子体通道快速释放，在各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间产生强烈的火花电弧放电，由于n个快响应开关同时断开，因此各个储能电容放电过程独立进行、互不干扰；

步骤6，各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间的强烈的火花电弧放电使得火花放电合成射流作动器腔体内的气体被加热，加热导致腔体内气压增大，在气压的驱动下气体产生高速流动，从各火花放电合成射流作动器其腔体上的喷射出口喷出，形成火花放电合成射流；

步骤7，火花放电合成射流释放完成后，返回步骤1，如此循环往复。

本发明通过采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：

(1)本发明通过搭建上述电路，可以实现多个火花放电合成射流作动器协同工作。

(2)本发明适用于两电极火花放电合成射流作动器，同时也适用于三电极火花放电合成射流作动器。

(3)本发明工作灵活，适用场景广泛。多个火花放电合成射流作动器可以全部工作，亦可部分工作，可以同步工作，亦可以一定相位差工作。

(4)本发明仅需要一个高压直流电源，不需要每个火花放电合成射流作动器配备一路升压电路和一个脉冲变压器，电路拓扑结构简单，且可扩展性强，特别是在火花放电合成射流作动器数目较多时，系统的体积重量不会显著增加。

(5)本发明所搭建的电路结构清晰明确，易于实现，容易工程化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一实施例的结构示意图；

图2为本发明另一实施例的结构示意图；

图3为本发明一实施例中提供一种火花放电合成射流作动器并联放电方法的工作流程示意图；

图4为本发明中一实施例中第二信号发生器产生的n路脉冲波控制信号示意图，其中(a)为n路脉冲波控制信号之间同相位、同电压幅值、同脉宽，(b)为n路脉冲波控制信号之间不同相位、不同电压幅值，不同脉宽；

图5为本发明中一实施例中产生的3股火花放电合成射流，其中(a)为采用同相位的多路脉冲波控制信号产生同步的3股火花放电合成射流，(b)为采用异相位的多路脉冲波控制信号产生有一定相位差的3股火花放电合成射流。

图中标号说明：

01、直流电源；02、直流开关；03、地线；04、限流电阻；05、第一主电路二极管；06、第二主电路二极管；07、第n主电路二极管；08、第一快响应开关；09、第二快响应开关；10、第n快响应开关；11、第一信号发生器；12、第一储能电容；13、第二储能电容；14、第n储能电容；15、第一放电正极；16、第二放电正极；17、第n放电正极；18、第一点火电极；19、第二点火电极；20、第n点火电极；21、第一放电负极；22、第二放电负极；23、第n放电负极；24、第一点火电路二极管；25、第二点火电路二极管；26、第n点火电路二极管；27、第一脉冲源；28、第二脉冲源；29、第n脉冲源；30、第二信号发生器。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明一实施例中提供一种火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置，包括直流电源模块、限流电阻、n个快响应开关以及n个火花放电合成射流作动器。在需要安装火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置的平台上，n个火花放电合成射流作动器呈阵列排布。

直流电源模块的正极依次串接有第一主电路二极管、第一快响应开关、第二主电路二极管、第二快响应开关...、第n主电路二极管和第n快响应开关；各快响应开关与快响应开关控制单元连接，由快响应开关控制单元控制其闭合或断开；

第i快响应开关的输出端连接第i火花放电合成射流作动器的放电正极，各火花放电合成射流作动器的放电负极均连接到限流电阻的输入端，限流电阻的输出端与直流电源模块的负极连接；

各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间均连接有一个储能电容；

各火花放电合成射流作动器的点火电极、放电负极之间均分别连接有对应的脉冲信号电路，由各脉冲信号电路产生脉冲信号驱动各火花放电合成射流作动器工作。

直流电源模块为输出电压可调线性稳压电源，具体实现方式不限，优选地可以将220V交流电经整流后输出0-6kV连续可调直流电。

基于上述火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置，本发明一实施例提供的火花放电合成射流作动器并联放电方法，包括：

步骤1，快响应开关控制单元控制n个快响应开关同时闭合；

步骤2，由直流电源模块同时为n个储能电容充电，使得各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间产生较高电势差，但此电势差还不足以使得火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间空气击穿；各储能电容充电过程中，通过限流电阻控制充电电流大小，通过各主电路二极管控制充电电流方向；

步骤3，n个储能电容充电完成后，快响应开关控制单元控制n个快响应开关同时断开。

步骤4，各脉冲信号电路产生脉冲信号驱动各火花放电合成射流作动器的工作，使得对应的各火花放电合成射流作动器的点火电极和放电负极之间产生微弱的火花放电，微弱的火花放电在对应的放电正极和放电负极之间建立等离子体通道；

步骤5，各储能电容中的能量通过等离子体通道快速释放，在各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间产生强烈的火花电弧放电，由于n个快响应开关同时断开，因此各个储能电容放电过程独立进行、互不干扰；

步骤6，各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间的强烈的火花电弧放电使得火花放电合成射流作动器腔体内的气体被加热，加热导致腔体内气压增大，在气压的驱动下气体产生高速流动，从各火花放电合成射流作动器其腔体上的喷射出口喷出，形成火花放电合成射流；

步骤7，火花放电合成射流释放完成后，返回步骤1，如此循环往复。

各火花放电合成射流作动器可以为三电极火花放电合成射流作动器。如图1所示，本发明另一实施例提供了一种火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置，用于多个三电极火花放电合成射流作动器协同工作，具体包括以下组成部分：

直流电源01，直流开关02，限流电阻04，地线03，n个快响应开关、一个第一信号发生器11、n个主电路二极管，n个储能电容，n个三电极火花放电合成射流作动器、n个点火电路二极管、n个脉冲源和一个第二信号发生器30。n为大于等于2的整数，表示火花放电合成射流作动器的并联数目。

如图1所示，n个主电路二极管分别为第一主电路二极管05、第二主电路二极管06、...、第n主电路二极管07。n个快响应开关分别为第一快响应开关08、第二快响应开关09、...、第n快响应开关10。n个储能电容分别为第一储能电容12、第二储能电容13、...、第n储能电容14。n个点火电路二极管分别为第一点火电路二极管24、第二点火电路二极管25、...、第n点火电路二极管26。n个脉冲源分别为第一脉冲源27、第二脉冲源28、...、第n脉冲源29。

火花放电合成射流作动器采用三电极火花放电合成射流作动器，三电极火花放电合成射流作动器具有的三个电极分别为点火电极、放电正极和放电负极。因此图1中有n个三电极火花放电合成射流作动器，则有n个点火电极，n个放电正极，n个放电负极，分别为第一放电正极15、第二放电正极16、...、第n放电正极17，第一点火电极18、第二点火电极19、...、第n点火电极20，第一放电负极21、第二放电负极22、...、第n放电负极23。

所述直流电源01的正极与直流开关02的一端连接，直流开关02的另一端，依次串接有第一主电路二极管05、第一快响应开关08、第二主电路二极管06、第二快响应开关09...、第n主电路二极管07和第n快响应开关10；各快响应开关与快响应开关控制单元连接，由快响应开关控制单元控制各快响应开关的同时闭合或同时断开。

第i快响应开关的输出端连接第i火花放电合成射流作动器的放电正极，各火花放电合成射流作动器的放电负极均连接到限流电阻04的输入端，限流电阻4的输出端与直流电源01的负极连接并接地线03，i＝1,2,...,n。

各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间均连接有一个储能电容；

各火花放电合成射流作动器的点火电极、放电负极之间均分别连接有对应的脉冲信号电路，由各脉冲信号电路产生脉冲信号驱动各火花放电合成射流作动器工作。

第二信号发生器30，用于产生n路脉冲波控制信号；所述第二信号发生器30有n路输出端，分别连接n路脉冲信号电路，将产生的n路脉冲波控制信号分别输送给n路脉冲信号电路，控制各路脉冲信号电路产生对应的脉冲信号。

各路脉冲信号电路均包括脉冲源和点火电路二极管。第i路脉冲信号电路中的第i脉冲源的正极连接第i点火电路二极管的输入端，第i点火电路二极管的输出端连接第i火花放电合成射流作动器的点火电极，第i脉冲源的负极连接第i火花放电合成射流作动器的放电负极。

快响应开关控制单元的具体结构和实现形式不限，本领域技术人员可以采用现有技术中能够实现该功能的任何器件或者电路实现。在本发明一优选实施例中，快响应控制单元为第一信号发生器11，第一信号发生器11多路可调PWM信号发生器，用于产生频率、相位、脉宽和幅值均相同的多路开关控制信号，控制多个快响应开关同时闭合或同时断开。

各火花放电合成射流作动器的点火电极、放电正极、放电负极均采用直径1-3mm的耐高温抗烧蚀钨铈合金棒。各火花放电合成射流作动器中，点火电极与放电负极之间的间距为0.5-2mm，放电正极与放电负极之间的间距为2-6mm，点火电极、放电正极、放电负极放置于氧化铝陶瓷制作的腔体内，腔体内体积为500-1500mm³，腔体上开设有供火花放电合成射流喷出的射频出口。

各火花放电合成射流作动器可以为两电极火花放电合成射流作动器。当采用两电极火花放电合成射流作动器时，两电极火花放电合成射流作动器的放电正极作为点火电极，即各火花放电合成射流作动器中放电正极和点火电极为同一个电极。如图2所示，本发明再一实施例提供了一种火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置，用于多个两电极火花放电合成射流作动器协同工作，与图1所示实施例中电路结构的区别是：两电极火花放电合成射流作动器具有的两个电极分别为放电正极和放电负极，由放电正极同时发挥点火电极和放电正极的作用。即图中的放电正极既是点火电极又是放电正极。在此实施例中，所述第二信号发生器30有n路输出端，分别连接n个脉冲源，第i脉冲源的正极连接第i点火电路二极管的输入端，第i点火电路二极管的输出端连接第i火花放电合成射流作动器的放电正极，第i脉冲源的负极连接第i火花放电合成射流作动器的放电负极。

各火花放电合成射流作动器的放电正极、放电负极均采用直径1-3mm的耐高温抗烧蚀钨铈合金棒。各火花放电合成射流作动器中，放电正极与放电负极之间的间距为2-6mm，放电正极、放电负极放置于氧化铝陶瓷制作的腔体内，腔体内体积为500-1500mm³，腔体上开设有供火花放电合成射流喷出的射频出口。

在本发明另一实施例中，所述快响应开关为BEHLKE固态快响应开关，由多个MOSFET串并联构成，体积重量小，可耐受6kV高电压和250A大电流，开关重复频率在5kHz以上，闭合和断开时间均为纳秒级别。优选地，快响应开关型号为HTS 200-25-F，开关内部由多个MOSFET串并联构成，包含7个引脚、散热片和LED显示，同时包含同步I/O口，可用于多个开关的并联运行。长度250mm，宽度100mm，高度35mm，可耐受6kV高电压和250A大电流，最大持续工作频率20kHz，最大爆发频率1MHz，闭合和断开时间小于200ns。

在本发明另一实施例中，所述储能电容采用体积重量小、耐压能力强的超高压金属化膜电容，通过聚酯胶带和环氧树脂进行干式封装，最大工作电压10kV，电容量0.64-3微法。

在本发明另一实施例中，直流电源01为输出电压可调线性稳压电源，将220V或380V交流电经整流后输出0-6kV连续可调直流电，控制方式采用调频式，通过脉宽调制器将直流信号转化高频方波，通过设置不同的变压器原副边，实现不同的升压比，再通过二极管和晶体管等元件整流滤波，将交流电在输出之前重新转换成直流。

可以理解，本发明中所采用的脉冲源接收来自信号发生器的脉冲波控制信号并产生相应的高压脉冲信号，使得对应的火花放电合成射流作动器的点火电极和放电负极之间产生微弱的火花放电，微弱的火花放电在对应的放电正极和放电负极之间建立等离子体通道。脉冲源的具体结构以及实现形式不限，可以采用现有技术中现有的脉冲源实现。

本发明一实施例中的所采用的脉冲源通过IGBT控制通断，用于产生0-15kV高电压、0-20mJ低能量的微弱火花放电，释放自由电子，在对应的放电正极和放电负极之间建立等离子体通道。

在本发明另一实施例中，脉冲源由电压调节单元、点火能量单元、点火触发单元三部分组成。电压调节单元通过集成电路模块、IGBT和变压器及相关外围电路组成脉冲调宽式逆变稳压电路，通过调节电位器的取样电压，可改变集成电路模块输出方波的占空比，从而改变点火储能电容器的输出电压。点火触发单元由作为高压回路放电开关的IGBT、变压器和三极管组成，当接收到第二信号发生器30输出的高电平信号时，三极管导通，经变压器输出高电平脉冲，触发IGBT，使得点火储能电容器上所储电能经点火电极产生微弱火花放电，释放自由电子，微弱的火花放电在对应的放电正极和放电负极之间建立等离子体通道。

可以理解，第二信号发生器30的具体结构以及实现形式不限，可以采用现有技术中现有的信号发生器实现。在本发明一优选实施例中，所述第二信号发生器30为多路可调PWM信号发生器，用于产生多路脉冲波控制信号。

在本发明一优选实施例中，所述第一信号发生器1、第二信号发生器30均为多路可调PWM信号发生器，由主控振荡器、延时级、脉冲形成级、输出级和衰减器等组成，主控振荡器采用多谐振荡器电路。所述第一信号发生器1用于产生频率、相位、脉宽和幅值均相同的多路开关控制信号，控制各路快响应开关同时闭合或同时断开。第二信号发生器30用于产生频率1-10Hz、幅值0-5V、脉宽0-100微秒的多路脉冲波控制信号，触发脉冲源IGBT驱动电路导通。第二信号发生器30产生的多路脉冲波控制信号的具体形式不限，可以同相位、同电压幅值、同脉宽，也可以不同相位、不同电压幅值，不同脉宽。同相位或异相位的多路脉冲波控制信号使得火花放电合成射流作动器产生同步或异步工作的多个火花放电合成射流。

所述第二信号发生器30与脉冲源之间通过光信号进行通讯，第二信号发生器30输出端通过电/光转换模块输出光信号，脉冲源输入端通过光/电转换模块接收光信号，从而防止脉冲源IGBT开通过程中大电流放电与第二信号发生器30回路之间的电磁干扰。

图3所示为本发明一实施例中提供一种火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置的工作流程，具体包括以下步骤：

步骤1，第一信号发生器产生n路高电压开关控制信号，控制n个快响应开关同时闭合；

步骤2，闭合直流开关，由直流电源同时为n个储能电容充电，使得各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间产生较高电势差，但此电势差还不足以使得火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间空气击穿；各储能电容充电过程中，通过限流电阻控制充电电流大小，通过各主电路二极管控制充电电流方向；

步骤3，n个储能电容充电完成后，第一信号发生器产生n路低电压开关控制信号，控制n个快响应开关同时断开。

步骤4，第二信号发生器产生n路脉冲源控制信号，输送到各脉冲源；

步骤5，，各脉冲源接收到脉冲源控制信号后产生对应的高压脉冲信号，使得对应的各火花放电合成射流作动器的点火电极和放电负极之间产生微弱的火花放电，微弱的火花放电在对应的放电正极和放电负极之间建立等离子体通道；

步骤6，各储能电容中的能量通过等离子体通道快速释放，在各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间产生强烈的火花电弧放电，由于n个快响应开关同时断开，因此各个储能电容放电过程独立进行、互不干扰；

步骤7，各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间的强烈的火花电弧放电使得火花放电合成射流作动器腔体内的气体被加热，加热导致腔体内气压增大，在气压的驱动下气体产生高速流动，从各火花放电合成射流作动器其腔体上的喷射出口喷出，形成火花放电合成射流；

步骤8，火花放电合成射流释放完成后，返回步骤1，如此循环往复。

图3所示实施例中采用的所述n路脉冲波控制信号如图4所示，n路脉冲波控制信号之间可以同相位、同电压幅值、同脉宽，如图4(a)所示；亦可不同相位、不同电压幅值，不同脉宽，如图4(b)所示，电压幅值在0-5V之间，脉宽在0-100微秒之间。

同相位的脉冲波控制信号可以产生同步的火花放电合成射流，如图5(a)所示；不同相位的脉冲波控制信号可以产生有一定相位差的火花放电合成射流，如图5(b)所示。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置，其特征在于，包括直流电源模块、限流电阻、n个开关以及n个火花放电合成射流作动器；

直流电源模块的正极依次串接有第一主电路二极管、第一开关、第二主电路二极管、第二开关...、第n主电路二极管和第n开关；第一开关、第二开关、...、第n开关与开关控制单元连接，由开关控制单元控制其同时闭合或同时断开；

第i开关的输出端连接第i火花放电合成射流作动器的放电正极，各火花放电合成射流作动器的放电负极均连接到限流电阻的输入端，限流电阻的输出端与直流电源模块的负极连接；

各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间均连接有一个储能电容；

各火花放电合成射流作动器的点火电极、放电负极之间均分别连接有对应的脉冲信号电路，由各脉冲信号电路产生脉冲信号驱动各火花放电合成射流作动器工作；

所述第一开关、第二开关、...、第n开关均为快响应开关，所述开关控制单元为快响应开关控制单元；所述快响应开关控制单元为第一信号发生器，第一信号发生器通过n股信号线分别与n个快响应开关相连，第一信号发生器为多路可调PWM信号发生器，用于产生频率、相位、脉宽和幅值均相同的n路开关控制信号，控制n个快响应开关同时闭合或同时断开；

还包括第二信号发生器，用于产生n路脉冲波控制信号；所述信号发生器有n路输出端，分别连接n路脉冲信号电路，将产生的n路脉冲波控制信号分别输送给n路脉冲信号电路，控制各路脉冲信号电路产生对应的脉冲信号；

n路脉冲波控制信号之间同相位或异相位，从而使得n个火花放电合成射流作动器产生同步或异步工作的n个火花放电合成射流；

各储能电容充电过程中，快响应开关控制单元控制n个快响应开关同时闭合，n个储能电容充电完成后，快响应开关控制单元控制n个快响应开关同时断开；各储能电容中的能量通过等离子体通道快速释放，在各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间产生强烈的火花电弧放电，由于n个快响应开关同时断开，因此各个储能电容放电过程独立进行、互不干扰。

2.根据权利要求1所述的火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置，其特征在于，各火花放电合成射流作动器为两电极火花放电合成射流作动器或者三电极火花放电合成射流作动器；

当采用两电极火花放电合成射流作动器时，两电极火花放电合成射流作动器的放电正极作为点火电极，即各火花放电合成射流作动器中放电正极和点火电极为同一个电极。

3.根据权利要求1所述的火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置，其特征在于，所述快响应开关为BEHLKE固态快响应开关，由多个MOSFET串并联构成，可耐受6kV高电压和250A大电流，开关重复频率在5kHz以上，闭合和断开时间均为纳秒级别。

4.根据权利要求1或2或3所述的火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置，其特征在于，所述脉冲信号电路包括脉冲源和点火电路二极管，第i路脉冲信号电路中的第i脉冲源的正极连接第i点火电路二极管的输入端，第i点火电路二极管的输出端连接第i火花放电合成射流作动器的点火电极，第i脉冲源的负极连接第i火花放电合成射流作动器的放电负极。

5.根据权利要求1或2或3所述的火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置，其特征在于，直流电源模块包括直流电源和直流开关，直流电源与直流开关连接，由直流开关控制直流电源的接通或者断开。

6.根据权利要求5所述的火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置，其特征在于，所述直流电源为输出电压可调线性稳压电源，将220V交流电经整流后输出0-6kV连续可调直流电。

7.如权利要求1至6任一项所述火花放电合成射流作动器并联阵列放电装置的放电方法，其特征在于，包括：

步骤1，快响应开关控制单元控制n个快响应开关同时闭合；

步骤2，由直流电源模块同时为n个储能电容充电，使得各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间产生较高电势差，但此电势差还不足以使得火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间空气击穿；各储能电容充电过程中，通过限流电阻控制充电电流大小，通过各主电路二极管控制充电电流方向；

步骤3，n个储能电容充电完成后，快响应开关控制单元控制n个快响应开关同时断开；

步骤4，各脉冲信号电路产生脉冲信号驱动各火花放电合成射流作动器的工作，使得对应的各火花放电合成射流作动器的点火电极和放电负极之间产生微弱的火花放电，微弱的火花放电在对应的放电正极和放电负极之间建立等离子体通道；

步骤5，各储能电容中的能量通过等离子体通道快速释放，在各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间产生强烈的火花电弧放电，由于n个快响应开关同时断开，因此各个储能电容放电过程独立进行、互不干扰；

步骤6，各火花放电合成射流作动器的放电正极和放电负极之间的强烈的火花电弧放电使得火花放电合成射流作动器腔体内的气体被加热，加热导致腔体内气压增大，在气压的驱动下气体产生高速流动，从各火花放电合成射流作动器其腔体上的喷射出口喷出，形成火花放电合成射流；

步骤7，火花放电合成射流释放完成后，返回步骤1，如此循环往复。